JPS6216511A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は半導体薄膜の製造方法に関し、特に光電特性に
優れたシリコン系半導体薄膜の製造方法に関する。

〔背景技術〕

非晶質半導体薄膜は太陽電池、光センサ−、感光ドラム
、画像表示デバイス駆動回路等にその用途が開けており
、盛んに研究が進められている。

該薄膜の形成方法としてはグロー放電分解、熱分解、光
分解等が目的に応じて適宜用いられている。

該薄膜から各種の用途に適する半導体装置を形成するに
際して、薄膜が形成される基体は、その本来の機能を維
持するために、出来るかぎり低温のような温和な条件下
に保持されることが望まれている。しかしながら該薄膜
の品質を良好に維持しようとすれば、従来技術において
は基体は少くとも３００〜４００℃の高温に維持されね
ばならないという矛盾した要請があった。

さらに、低コスト化を目指して、該薄膜の高速形成化技
術も多数研究されている。これらの研究から形成速度の
高速化に伴い薄膜の高品質を維持するために基体温度は
さらに高められる必要があることが提案されている。

この問題を解決するために光分解法（光ＣＶＤ法）が提
案されている。しかしながら、光分解法においては原料
が光を吸収して分解するために、光の種類はもとより、
原料の種類も限られるうえ、分解効率をあげるために水
銀のような毒性物質を増感剤として使用することを余儀
なくされていた。

また光分解法における形成速度は従来技術より低いもの
であり、光入射窓への薄膜付着現象のために長時間の使
用が困難である等の多くの問題点を擁していた。

これらの問題を解決するために本発明者は、先に、グロ
ー放電分解にＣｏ２レーザー光を重畳する方法（特願昭
６Ｏ−２６４５６）を開示したが、本発明はさらに新し
い方法を提案するものである。

〔発明の開示〕

本発明の製法は原料ガスたるシリコン化合物の分解を実
質的にグロー放電のみにより行ない、基体上に薄膜を形
成し、且つ該薄膜の形成が該薄膜形成主面に光を照射し
つつ該光を少くとも薄膜もしくは基体に吸収せしめつつ
行なわれるものである。

本発明において有効に用いうる光は、光の照射のみでは
薄膜が形成されないものである。いいかえれば原料ガス
に吸収されない光、具体的には２００　ｎｍ以上の波長
の光で赤外光までの光を用いることを特徴とするもので
ある。さらにこの光は形成される薄膜や基体の両方ある
いはいずれか一方において、必ず吸収されるものである
。好ましくは吸収されて効率よく熱に変換される光であ
り、特に好才しくは、形成される薄膜の吸収が大きく、
効率よく熱に変換される光である。

また本発明においては薄膜の形成速度に応じて光の照射
強度を変更することが好ましい。薄膜の形成速度を増加
する時は、光の照射強度を増加させることが好ましい。

具体的予測としては、シリコン化合物のグロー放電分解
において、薄膜の形成速度を、４〜５　Ａ／Ｓから８〜
ＩＯＡ／Ｓへと２倍に増加させるとき、波長１０．６μ
ｍの光を照射する場合、照射強度を１ｗ／ｃｒｌから１
．５ｖｒ／ｃＩＩへと約１．５倍に増加させることによ
り１０−５８／ｚを越える光導電車が得られ、かつ光導
電車／暗導電度で表わされる光感度は１０６を越える高
品質の水素化アモルファスシリコン膜（ａ−８ｉ：Ｈ膜
）ｊ１体を特に加熱することなく得ることが出来る。な
お、基体が加熱されている場合にはそれに応じて照射強
度を適宜減じることにより本発明の効果を達成すること
ができる。

また高いエネルギーを有する光、即ち波長の短かい光を
用いる場合には、薄膜により有効に光が吸収されるので
、波長に応じて適宜、照射強度を加減すればよい。たと
えば１０．６μｍの光は、シリコン１原子当り約１０３
ケ以上のフォトン数（光量子）が必要であるのに対し、
波長のより短かい２５０　ｎｍの光はシリコン１原子当
り数１０ケ以上のフォトン数で品質の向上を図ることが
できるのである。

しかしながら本発明においては必ずしも単色性の光を用
いる必要はない。それ故、レーザー光のように単色性に
すぐれた光や水銀ランプ、タングステンランプ、ハロゲ
ンランプ、希ガスランプ、水素放電管、重水素放電管、
水銀−希ガスランプ等の多色性の光のいずれも、前述の
条件を満たしさえすれば有効に用いることができる。た
とえばレーザー光は単色性の他に、照射フォトン数を増
加させる点において有用であり、一方他の光は、大面積
を一度に照射できる点においてすぐれている。

本発明において使用するシリコン化合物とは、モノシラ
ン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ，）、トリシラン
（”１ｓＨａ　）　　等のシリコン水素化物やモノフロ
ロシラン（ｓ１ａ３Ｆ）、ジフロロシラン（ＳｉＨ２Ｆ
２）、トリフロロシラン（ＳｉＨＦ、）、ヘキサフロロ
ジシラン（８１２Ｆ６）等のフッ素化シランであり、特
に好ましいシリコン化合物は低いグロー放電電力におい
て、薄膜の高速形成が可能であるジシランである。さら
にジボラン（Ｂ２Ｈ６）やフォスフイン（ＰＨ３）等の
不純物ガスをシリコン化合物と混合することによリ、導
電型の異る半導体薄膜を形成することや、半導体接合の
形成も可能である。これらシリコン化合物等は単独ある
いは混合して用いられる他、水素やヘリウム等のガスで
希釈して用いることもできる。

本発明の製法はシリコン化合物にとどまらず、ゲルマン
（ＧｅＨ，）や四弗化ゲルマン（ＧｅＦ４）等の他の原
料ガスに用いることも当業者に１の置換が容易に推測さ
れるものであり、均等物質（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）
として本発明の範囲に含まれる。

また本発明において使用する基体としては、導電性や電
気絶縁性の材料が用いられる。具体的には、金属板、金
属箔、ガラス板、セラミックス板、高分子フィルム、半
導体材料は勿論、これらに導電体、半導体や絶縁体等の
薄膜があらかじめ形成されたものが有効に用いられる。

先に”、　述べたように本発明においては基板の加熱は
必ずしも必要ないという便利さがある。それ故基板設置
位置は薄膜の均一形成をのみ考慮すればよく、比較的自
由に決定されるので、容量結合方式や誘導結合方式のい
ずれのグロー放電をも有効に利用することができる。

本発明において使用するグロー放電の条件としては基体
温度を除いて常法と大きい差はない。反応圧力は５Ｔｏ
−以下の低圧であり、好ましくは２Ｔｏ−以下であり、
薄膜の高速形成のためにはｏ、ｏｉ’ｒｏ−以上が好ま
しい。

本発明に於て採用する基体温度は常法で用いられる６０
０〜４００°Ｃの温度に比べてより低温でよい。選択さ
れた光の照射条件では、特に基体を加熱せずとも高品質
薄膜の形成が可能である。

〔発明を実施するための好ましい形態〕つぎに本発明の
好ましい実施態様を記す。

グロー放電可能な反応室の外部又は／及び内部に光照射
手段を設備する。反応室内に半導体薄膜を形成すべき基
体を配設し、減圧下、室温又は３００℃以下の低温度に
加熱保持する。ついでシリコン化合物及び必要に応じて
不純物ガスや希釈ガスを５ＴＯ−以下の圧力になるよう
に流量を制御しつつ導入し、グロー放電を行なう。この
グロー放電に重畳して、薄膜形成主面を選択された光で
上記のごとく照射し、半導体薄膜を形成すればよい。

本発明はたとえば第１図〜第４図に示した装置により実
施できる。ここでユ、□、と、旦は薄膜形成装置、５，
２５，４５，６５は光照射手段（スキャンニング手段を
含む）、５，６，２５，２６，４５゜４６．６５．６６
はグロー放電電極、９，２９，４９゜６９は基体、７７
は薄膜防着手段を示す。

ここで第２図はグロー放電手段と基体を離して設備した
ものであり、基体への光照射を容易にするものである。

さらに基体近傍のグロー放電を均質に保持すべく原料ガ
ス導入手段の位置調節を可能にするものである。

また第１図は第２図に示した装置のヴアリエーションで
ビーム光をスキャンニング手段３でスキャンできるよう
にしたものである。

ｉ、”’；　４図も第２図の装置のヴアリエーションで
あり、装置内部に光源（光照射手段）を設置したもので
ある。

第３図はビーム状の光を導入する場合の実施例の一つで
ある。ビーム状の光は光発生手段から直接あるいはビー
ム走査手段を経て基体を照射するものである。ビーム状
の光として、レーザー光を用いる時に好ましい例である
。

〔作用・効果〕

本発明により得られる半導体薄膜は光電特性にすぐれて
いることは先に述べた通りである。さらに本発明におい
ては、プロセスの低温化が可能であり、半導体接合界面
、半導体絶縁体界面、半導体接合界面等種々の界面によ
り構成される半導体装置たとえば太陽電池や薄膜トラン
ジスタ、感光体ドラム、イメージセンサ−等の特性を大
きく向上させる。これはプロセスの低温化のために界面
のダメージが減少するためであろうと考えられる。

さらに従来の方法においては、特に連続生産の場合、薄
膜の形成に先立ち、まず基体を加熱しなければならず、
そのタクムラグが犬である。この解決のために予熱装置
を設置することさえも提案されているが、本発明の方法
によれば、かかる基体予熱の必要は全くなく、次々と新
しい基体上に即座に薄膜を形成し始めることができるの
で生産性は飛躍的に向上しその工業的意義はきわめて大
きい。

〔実施例〕

第１図に示す光照射可能なプラズマＣＶＤ装置１におい
て、シリコン化合物としてジシランを用いて薄膜を形成
した。ガラス製の基体９を基体保持具１０に配設し、真
空排気手段に接続された排気孔７または８を通して、反
応室内圧力が１１０−７Ｔｏ台になるように排気した。

電極５または６に設けられたガス導入部１４または１５
を通して反応室１３中ヘジシランを供給し、排気手段で
排気しつつ圧力をｏ、ｚｓＴｏ！又は０．５Ｔｏ礒に保
持した。

波長１０．６μｍの光２を照射手段３を介して、反応室
に設けられた光入射窓４から導入し、基体９を照射する
とともに、電極５及び６間に１３　、５６ＭＨｚの高周
波電力を印加しグロー放電を開始した。必要膜厚になっ
た時、放電及び光の照射を停止し、反応室から基体をと
りだした。基体上の薄膜厚みをグロー放電時間で除して
、平均の薄膜形成速度を求めた。得られた薄膜について
導電度及び光学的バンドギャップ（Ｅｇ）を測定した。

照射光強度を種々変更して得られた結果を第１表に示し
た。

第１表にはまた、光を照射せずに作成した薄膜の特性も
あわせて示した。本実施例から明らかなように、本発明
においては光の照射は形成速度をやや減少させる傾向に
あり、光はシリコン化合物の分解には実質的に寄与して
いないことが実証された。しかしながら、膜特性につい
ては顕著な向上効果が観察された。このように顕著な効
果は比較例と比べるまでもなく明らかなものである。た
とえば実施例４においては光導電度及び暗導電車はそれ
ぞれ２．０Ｘ１０　　Ｓ／ｃｓｔ、１．９Ｘ１０　８／
Ｃ１Ｋであり、この比で表わされるところの光感度は１
．１×１０７と極めて高い値を有する非晶質シリコン薄
膜が形成速度７．６Ａ／Ｓと高速で得られたことを示す
ものである。尚本実施例において光導電度はＡＭＩ、１
００ｍｗ／ｃｌＩの光照射下において測定されたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は本発明を具現化す
るに適した薄膜形成装置の例を示す模式図である。図に
おいてユ、２１，４１．６１−−−−４膜形成装置、３
，２３，４３．６３−−一光照射手段（スキャンニング
手段を含む）、５，６，２５，２６゜４５．４６，６５
．６ローーーグロー放電電極、９．２９゜４９．６９−
−一基体、７フ一−−薄膜防着手段を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリコン化合物の分解を実質的にグロー放電のみに
   より行なって、基体上に薄膜を形成せしめると共に該薄
   膜形成主面に光を照射しつつこれを少くとも該薄膜もし
   くは該基体に吸収せしめつつ該薄膜の形成が行なわれる
   ことを特徴とする半導体薄膜の製法。 ２、光の照射のみでは薄膜が形成されない光を用いる特
   許請求の範囲第１項記載の半導体薄膜の製法。 ３、形成される薄膜及び／又は基体により吸収される光
   を用いる特許請求の範囲第１項記載の半導体薄膜の製法
   。 ４、薄膜の形成速度に応じて光の照射強度を変更する特
   許請求の範囲第１項記載の半導体薄膜の製法。